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Voith Produktivitätssteigerung im Pressenbau mit Energieeffizienz

| Autor/ Redakteur: Andreas Haaf / Stefan Graf

Von Pressen für die Umformung wird eine hohe Produktivität, Energieeffizienz, einfache Programmierbarkeit, geringe Anschaffungs- und Betriebskosten sowie komplettes Monitoring der Prozesse erwartet. Diese Herausforderungen stellt sich Voith mit einer neuen Antriebstechnologie.

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Der hybride Pressenantrieb PSH wurde für Pressen ab 500 kN konzipiert und ist in den Megawattbereich skalierbar.
Der hybride Pressenantrieb PSH wurde für Pressen ab 500 kN konzipiert und ist in den Megawattbereich skalierbar.
(Bild: Voith)

Die neuen autarken Servoantriebe von Voith wurden mit Blick auf hohe Leistung und Dynamik sowie Reproduzierbarkeit und Prozesssicherheit entwickelt. Aus diesem Grund sind sie geeignet für komplexe industrielle Anwendungen. Die Antriebe bieten außerdem eine hohe Energieeffizienz und sind ressourcenschonend. Die Einsatzgebiete sind vielfältig, von Pressen bis Robotik werden alle Bereiche des Maschinenbaus abgedeckt.

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Die einfache Anwendung, Robustheit und Energieeffizienz sind heute die Hauptanforderungen des Marktes. Mit dem autarken Servoantrieb CLDP bietet Voith eine passende Lösung die die Vorteile der Hydraulik, hohe Leistungsdichte, nahezu kein Verschleiß und Überlastsicherheit mit den Vorteilen der Servoelektrik, sehr gute Regelbarkeit und hohe Energieeffizients, kombiniert.Dabei ist der Aufbau der Linearachse, die bis zu 500 kN leistet, einfach. Die hydraulische Linearachse ist modular aufgebaut und je nach Anforderung mit verschiedenen Zylindergrößen und Flächenverhältnissen ausgeführt. Das Herzstück des Antriebs besteht dabei aus einem Servomotor und einer Innenzahnradpumpe.

Diese bestimmen die maximale Kraft und Geschwindigkeit der Linearachse. Die Regelung erfolgt über einen Servoumrichter, der entweder im Lieferumfang enthalten ist oder anwenderseitig implementiert werden kann. Beim Betrieb der Linearachse ist sowohl Druck als auch Lageregelung möglich. Ein integriertes bzw. externes Wegmesssystem oder ein Drucksensor schließt den Regelkreis.

Für den Antrieb ist kein separates hydraulisches Antriebsaggregat erforderlich, eine aufwendige Verrohrung und Verschlauchung entfällt dadurch. Zusätzlicher Platz zum Aufstellen eines Aggregates ist nicht nötig. Die Einsparung der Ventiltechnik reduziert die Komplexität des Systems deutlich. Der Antrieb ist sowohl für Neumaschinen als auch zum Retrofit geeignet.

Speziell für den Einsatz in Pressen bis 10.000 kN wurde der autarke Pressenantrieb PDSC entwickelt. Charakteristisch für diesen Servoantrieb sind die gesplittete Bauweise und die Ausstattung der Zylinder mit Modulen für die automatische Getriebeumschaltung und die automatische Lasterkennung. Der Aufbau ist sehr kompakt, da das integrierte Hydrauliksystem geschlossen ist und es nur wenige elektrische Schnittstellen gibt – ideale Bedingungen für hohe Dynamik und Genauigkeit. Darüber hinaus ist der Linearantrieb nahezu verschleißfrei und verfügt über uneingeschränkten Überlastschutz. Eine hohe Lebensdauer der Werkzeuge und der beweglichen Pressenbauteile ist dadurch sichergestellt.

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Der Verbrauch elektrischer Energie kann um bis zu 85 % reduziert werden. Wenige Komponenten, der Verzicht auf ein Hydraulikaggregat und nicht zuletzt auch die Einsparung der Verrohrung führen zu Ressourcenschonung. Auch die eingesetzte Ölmenge lässt sich um mehr als 90 % verringern. In Ergänzung zur Ressourcenschonung kann mittels der Erfassung der Betriebszustände und der Diagnosefähigkeit eine Integration des Antriebs im Sinne von Industrie 4.0 erfolgen.

Servopumpenantriebe für diverse Pressenkonzepte

An komplexe Hydrauliksysteme werden hohe regelungstechnische Anforderungen gestellt. Drehzahlvariable Antriebe sind hierfür die Lösung. Sie regeln den Druck oder den Volumenstrom und wandeln die elektrische Energie in die im System eigentlich benötigte hydraulische Energie um.

Im Teillastbereich und außerhalb des Maschinenzyklus arbeitet der Antrieb mit niedrigeren Drehzahlen oder steht still. Dies führt zu einer Energieeinsparung von bis zu 70 %, wodurch auch die benötigte Kühlleistung reduziert wird. Unterschiedlichste Pressenkonzepte können dank Zusatzmodulen realisiert werden. Zudem entfällt die klassische Ventiltechnik für die Regelung, das komplette Hydrauliksystem wird so erheblich vereinfacht.

Im hydraulischen Pressenantrieb PSH ersetzen Servopumpen die klassische Ventil- und Steuertechnik. Dieses Konzept erlaubt eine optimale Anpassung von Kraft und Geschwindigkeit an den Pressprozess und vereinfacht den Aufbau des Pressenantriebs. Der Energieverbrauch gegenüber vergleichbaren konventionellen Pressenantrieben wird dadurch um bis zu 60 % reduziert.

Entscheidend dafür ist der direkte, exakt nach dem Bedarf des Pressprozesses geregelte Antrieb von zwei Innenzahnradpumpen über Servomotoren und Umrichter. Die kompakten Pumpeneinheiten liefern variable Volumenströme und regeln so präzise die Auf- und Abwärtsbewegung des Pressenstößels. Die herkömmliche Ventiltechnik entfällt nahezu vollständig, abgesehen von sicherheitsrelevanten Baugruppen. Diese Antriebslösung erfordert deutlich weniger Platz und Ölvolumen als herkömmliche Hydrauliksysteme und lässt sich einfach in die Presse integrieren.

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